(57)【要約】【課題】  モアレ縞画像と干渉縞画像の二つの表示画面を切り替える手間や二つの表示画面を用意するコストを不要としつつ、この表示から干渉縞画像データを判別することができ、干渉縞のコントラスト、測定領域、ノイズの発生状況の確認を容易に行うことができる干渉計アラインメントシステムを提供する。【解決手段】  参照面からの反射光と被検面からの反射光により干渉縞を形成する干渉計と、干渉縞を受像する受像部と、基準縞画像を記憶してある基準縞画像保存部と、受像部で受像された干渉縞のうちの特定の色成分の干渉縞画像と基準縞画像を重ねることによりモアレ画像を形成する演算部と、モアレ画像と特定の色成分以外の色成分の干渉縞画像を重ねて表示する出力部と、モアレ画像が単色であるか否かを判断する判断部と、判断部においてモアレ画像が単色でないと判断されたときは、判断部からの制御信号を受けて参照面の傾きを調整する調整部と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照面からの反射光と被検面からの反射光により干渉縞を形成する干渉計と、
前記干渉縞を受像する受像部と、
基準縞画像を記憶してある基準縞画像保存部と、
前記受像部で受像された前記干渉縞のうちの特定の色成分の干渉縞画像と前記基準縞画像を重ねることによりモアレ画像を形成する演算部と、
前記モアレ画像と前記特定の色成分以外の色成分の干渉縞画像を重ねて表示する出力部と、
前記モアレ画像が単色であるか否かを判断する判断部と、
前記判断部において前記モアレ画像が単色でないと判断されたときは、前記判断部からの制御信号を受けて前記参照面の傾きを調整する調整部と、
を備えることを特徴とする干渉計アラインメントシステム。
【請求項２】
前記出力部はＣＲＴディスプレイである請求項１記載の干渉計アラインメントシステム。
【請求項３】
さらに入力部を備え、前記判断部の判断に関わらず、前記調整部を動作させて前記参照面の傾きを調整する請求項１記載の干渉計アラインメントシステム。
【請求項４】
参照面からの反射光と被検面からの反射光により干渉縞を形成する干渉計と、
前記干渉縞を受像する受像部と、
基準縞画像を記憶してある基準縞画像保存部と、
前記受像部で受像された前記干渉縞のうちの特定の色成分の干渉縞画像と前記基準縞画像を重ねることによりモアレ画像を形成する演算部と、
前記モアレ画像と前記特定の色成分以外の色成分の干渉縞画像を重ねて表示する出力部と、
を備えることを特徴とする干渉縞表示装置。
【請求項５】
前記出力部はＣＲＴディスプレイである請求項４記載の干渉縞表示装置。
【請求項６】
参照面からの反射光と被検面からの反射光により干渉縞を形成するステップと、
前記干渉縞のうちの特定の色成分の干渉縞画像と基準縞画像を重ねることによりモアレ画像を形成するステップと、
前記モアレ画像と前記特定の色成分以外の色成分の干渉縞画像を重ねて表示するステップと、
を備えることを特徴とする干渉縞表示方法。
【請求項７】
前記表示ステップにおいては、前記モアレ画像と前記特定の色以外の色成分の干渉縞画像をＣＲＴディスプレイに表示する請求項６記載の干渉縞表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉計のアラインメントシステム、干渉縞表示装置、干渉縞表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元的に干渉計測することによりレンズ等の被検物の表面形状を解析する空間的縞解析においては、縞解析のアルゴリズムとテレビカメラの画素数との関係により干渉縞の数を特定本数（例えば、３２本、６４本、１２８本）に設定しなければならない。従来の空間的縞解析においては、該特定本数の周期的な縞画像としての基準縞画像データを用意し、この基準縞画像データと干渉縞画像データを重ね合わせてモアレ縞画像を形成、表示させ、このモアレ縞画像の縞の周期が最大になってモアレ縞が現れなくなるように、すなわち、干渉縞の数が該特定本数になるように干渉計のアラインメントを行っていた。
【特許文献１】特開平１−１８５４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述のように、この基準縞画像データと干渉縞画像データを重ね合わせてモアレ縞画像を表示させた場合には、この表示から干渉縞画像データを判別することができなくなるため、干渉縞のコントラスト、測定領域、ノイズの発生状況の確認が困難となっていた。
【０００４】
これに対して、干渉縞画像の表示と、モアレ縞画像の表示との２つの画面を用意して解析する方法もあるが、この場合には二つの表示画面を切り替える手間がかかる、二つの表示画面を用意するコストがかかる、及び、二つの表示画面をならべることにより一画面の大きさを小さくせざるを得ない、などの問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題点を解決するために、本発明の干渉計アラインメントシステムにおいては、参照面からの反射光と被検面からの反射光により干渉縞を形成する干渉計と、干渉縞を受像する受像部と、基準縞画像を記憶してある基準縞画像保存部と、受像部で受像された干渉縞のうちの特定の色成分の干渉縞画像と基準縞画像を重ねることによりモアレ画像を形成する演算部と、モアレ画像と特定の色成分以外の色成分の干渉縞画像を重ねて表示する出力部と、モアレ画像が単色であるか否かを判断する判断部と、判断部においてモアレ画像が単色でないと判断されたときは、判断部からの制御信号を受けて参照面の傾きを調整する調整部と、を備えることを特徴としている。
【０００６】
また、本発明の干渉縞表示装置は、参照面からの反射光と被検面からの反射光により干渉縞を形成する干渉計と、干渉縞を受像する受像部と、基準縞画像を記憶してある基準縞画像保存部と、受像部で受像された干渉縞のうちの特定の色成分の干渉縞画像と基準縞画像を重ねることによりモアレ画像を形成する演算部と、モアレ画像と特定の色成分以外の色成分の干渉縞画像を重ねて表示する出力部と、を備えることを特徴としている。
【０００７】
さらに、本発明の干渉縞表示方法は、参照面からの反射光と被検面からの反射光により干渉縞を形成するステップと、干渉縞のうちの特定の色成分の干渉縞画像と基準縞画像を重ねることによりモアレ画像を形成するステップと、モアレ画像と特定の色成分以外の色成分の干渉縞画像を重ねて表示するステップと、を備えることを特徴としている。
【０００８】
出力部はＣＲＴディスプレイであることが好ましく、さらに入力部を備え、判断部の判断に関わらず、調整部を動作させて参照面の傾きを調整することができるとなおよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、基準縞画像データと特定の色成分の干渉縞画像データを重ね合わせてモアレ縞画像を形成し、このモアレ縞画像と、上記特定の色以外の色成分の干渉縞画像を重ねて表示することとしているため、モアレ縞画像と干渉縞画像の二つの表示画面を切り替える手間や二つの表示画面を用意するコストを不要としつつ、この表示から干渉縞画像データを判別することができ、干渉縞のコントラスト、測定領域、ノイズの発生状況の確認を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明にかかる実施形態を、基準縞画像が６４本の白黒の縞からなる場合を例にとって、図面を参照しつつ詳しく説明する。もちろん、本発明は、基準縞画像が６４本の白黒の縞からなる場合に限定されるものではない。本実施形態にかかる干渉計表示装置は、干渉計２０、ＣＣＤ２８、出力部６０を有し、干渉計アラインメントシステムは、干渉計２０、ＣＣＤ２８、アラインメント装置４０を有する。
【００１１】
干渉計２０は、図１に示すような、基準光を出射する光源として半導体レーザ（ＬＤ）２１、コリメータレンズ２３、ハーフミラー２４、参照面２５、集光レンズ２７を有する。
【００１２】
半導体レーザ２１はこれに接続されたＬＤドライバ２２によって駆動され、被検レンズ３０に対して所定の波長、強度のレーザ光を射出する。このレーザ光の進行方向には、半導体レーザ２１側から順にコリメータレンズ２３、ハーフミラー２４、被検レンズ３０が配置されている。半導体レーザ２１から出たレーザ光はコリメータレンズ２３により平行光化され、その光路に対して４５度傾けて配置されたハーフミラー２４により一部は進行方向が９０度曲げられ、残りはハーフミラー２４を透過して被検レンズ３０へ向けて進行する。なお、光源としては、半導体レーザ２１のほか、気体レーザ、固体レーザも使用することができる。
【００１３】
ハーフミラー２４により反射された光の光路上には、コントローラ（調整部）２６によりその光路に対する傾斜を変更可能な参照面２５が配置されている。参照面２５はその表面を高精度に研磨された平面反射板である。ハーフミラー２４により反射された光は参照面２５で反射され、再びハーフミラー２４に至ると一部はハーフミラー２４で反射されるが、残りはハーフミラー２４を透過する。
【００１４】
参照面２５の反射光のうちハーフミラー２４を透過した光の光路上には、ハーフミラー２４側から集光レンズ２７、モノクロ画像を受像可能なＣＣＤ（固体撮像素子）（受像部）２８が配置されている。ハーフミラー２４を透過して集光レンズ２７に入射した光は集光されてＣＣＤ２８に入射する。受像部としては、ＣＣＤのほかにＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）も使用可能である。
【００１５】
一方、半導体レーザ２１からの出射光のうち、ハーフミラー２４で反射されずに透過した光は、その光路上に配置された被検レンズ３０へ向かって進行する。この光は主に被検レンズ３０の表面（被検面）で反射し、再びハーフミラー２４に至ると一部は透過するが、残りはハーフミラー２４で反射して集光レンズ２７で集光されてＣＣＤ２８に入射する。
【００１６】
以上のように、ＣＣＤ２８には、参照面２５で反射した光と被検レンズ３０で反射した光が入射しており、これらの光による干渉縞（図２）を得ることができる。本実施形態においては、ＣＣＤ２８において得られた干渉縞画像を用いて、干渉計２０のアラインメントを行うことができる。
【００１７】
ＣＣＤ２８には、干渉計２０のアラインメントを行うためのアラインメント装置４０が接続されている。アラインメント装置４０は、一台のコンピュータで構成され、その内部にフレームメモリ４１、オーバーレイメモリ４３、第１演算部４４、第２演算部４５を有している。
【００１８】
ＣＣＤ２８は、これに接続された第１演算部４４の制御により、各画素に蓄積された信号電荷（干渉縞画像信号）を順次出力する。ＣＣＤ２８にはＡ／Ｄ変換器５０が接続され、干渉縞画像信号が入力される。
【００１９】
Ａ／Ｄ変換器５０においては、入力されたアナログ信号がそれぞれ、デジタル信号（干渉縞画像データ）に変換される。この干渉縞画像データは、Ａ／Ｄ変換器５０に接続されたフレームメモリ４１においてＣＣＤ２８の画素に対応したアドレスに記憶される。
【００２０】
オーバーレイメモリ（基準縞画像保存部）４３には図５に示す６４本の白黒の縞からなる基準縞画像のデータ（基準縞画像データ）が記憶されている。フレームメモリ４１及びオーバーレイメモリ４３に接続された第１演算部４４は、フレームメモリ４１に記憶された白黒の干渉縞画像データ及びオーバーレイメモリ４３に記憶された基準縞画像データを順次読み出す。この第１演算部４４においては、干渉縞画像データのうち図３に示すようなＢ成分を取り出され、オーバーレイメモリ４３に記憶された基準縞画像データと順次重ねることによって、モアレ画像を得ることができる。こうして得られたモアレ画像のデータ（モアレ画像データ）は、第１演算部４４に接続された第２演算部４５へ出力される。
【００２１】
第２演算部４５においては、フレームメモリ４１に記憶された白黒の干渉縞画像データ、及び、第１演算部４４で得られたモアレ画像データを構成する信号が順次入力される。この干渉縞画像データは、第２演算部４５において図４に示すＲ成分及びＧ成分を取り出され、第２演算部４５に接続されたＤ／Ａ変換器５２によってアナログ信号に変換され、Ｒ成分及びＧ成分の干渉縞画像、及び、第１演算部４４から第２演算部４５へ入力されたモアレ画像が、Ｄ／Ａ変換器５２に接続されアラインメント装置４０外部に設けられた出力部６０（例えば、モニタ、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ、プリンタ）の同一画面上に重ねて表示される（図６）。
【００２２】
一方、第１演算部４４には判断部４６も接続されており、第１演算部４４で得られたモアレ画像データが判断部４６へ出力される。判断部４６は、コントローラ２６を介して参照面２５に接続されており、モアレ画像データを解析して、このデータに応じて参照面２５の傾きを調整して参照面２５における光の反射角を調整するための信号をコントローラ２６へ出力し、コントローラ２６はこの信号にしたがって参照面２５の傾きを変更する。判断部４６は、モアレ縞が現れなくなるまで（青と黒の２色の画像が１色（ワンカラー）となるまで）参照面２５の傾きの調整を続け、モアレ縞が現れなくなったとき、すなわち干渉計２０のアラインメントが完了したとき、調整を終了する。
【００２３】
なお、判断部４６は第１演算部４４から入力されたデータに応じて、自動的に干渉計２０のアラインメントを行うことができるが、使用者が出力部６０を見ながら判断部４６に接続されたアラインメント装置４０外部の入力部６１（例えば、キーボード、マウスなどの入力装置）を操作して干渉計２０のアラインメントを行うこともできる。
【００２４】
上記実施形態においては、アラインメント装置４０を１台のコンピュータで構成したが、アラインメント装置４０内に配置されたフレームメモリ４１などの構成要素をそれぞれ独立の装置として構成してもよい。
【００２５】
第１演算部４４で取り出す色成分は、Ｂ成分以外のものであってもよい。例えば、Ｒ成分やＧ成分であってもよい。
【００２６】
つづいて、本発明に係る干渉計アラインメントシステムの動作について説明する。
まず、半導体レーザ２１からの出射光の直進光路上にコリメータレンズ２３、ハーフミラー２４、被検レンズ３０を順に配置した状態で、半導体レーザ２１からレーザ光を出射すると、一部の光はハーフミラー２４を透過して被検レンズ３０を反射した後に一部がハーフミラー２４で反射してＣＣＤ２８に入射する。一方、ハーフミラー２４で反射した光は参照面２５で反射された後に一部がハーフミラー２４を透過してＣＣＤ２８に入射する。
【００２７】
ＣＣＤ２８においては、被検レンズ３０の表面形状に応じた白黒（明部（信号の値が１）が白、暗部（信号の値が０）が黒）の干渉縞画像が得られ（図２）、Ａ／Ｄ変換器５０へ出力される。Ａ／Ｄ変換器５０においてデジタル化されフレームメモリ４１に記憶された干渉縞画像データは、Ｒ、Ｇ、Ｂ成分をすべて含むものであって、第１演算部４４において、Ｂ成分のみを含む青と黒（明部が青、暗部が黒）の画像（図３）が取り出される。この干渉縞画像データは図７（ｂ）に示す波形で表される。なお、図７は、説明の便宜のために実際の波形を２値化して表したものである。
【００２８】
一方、オーバーレイメモリ４３に記憶された基準縞画像データは、図７（ａ）に示す波形で表され、第１演算部４４において取り出されたＢ成分の干渉縞画像データ（図７（ｂ））と重ね合わせると、図７（ｃ）に示す青と黒（明部が青、暗部が黒）のモアレ画像データが得られる。すなわち、図７の（ａ）と（ｂ）を比較し、異なる値となる箇所ではモアレ明部が存在し（同図（ｃ）で値が１）、同じ値となる箇所ではモアレ暗部が存在しない（同図（ｃ）で値が０）。なお、図７は、左半分がモアレ明部を生じた部分（Ｌ）、右半分がモアレ暗部を生じなかった部分（Ｄ）における２値化された画像データを示している。１は明部、０は暗部を示している。
【００２９】
一方、第２演算部４５においては、Ｒ成分及びＧ成分のみを含む黄色と黒（明部が黄色、暗部が黒）の画像（図４）が取り出され、この干渉縞画像データと、上述のようにして得られた青と黒のモアレ画像データと重ね合わせられる。このデータをＤ／Ａ変換器５２でアナログ信号化すると、モアレ画像と干渉縞画像は、その明部が異なる色で出力部６０に表示できるため、使用者はこれらの画像を容易に識別することができる。なお、図７（ｄ）、（ｂ）に示すように、Ｒ成分及びＧ成分のみを含む画像と、Ｂ成分のみを含む画像と、は同一の波形となる。
【００３０】
第１演算部４４で得られたモアレ画像データは、第２演算部４５のほか、判断部４６に出力され、判断部４６においては、モアレ画像データが単色であるか否か、すなわち信号データが一定値を示すか否かを判定される。単色であると判定されると干渉計２０のアラインメントが完了したものとして調整を終了し、単色でない場合は単色となるまで調整を継続する。
【００３１】
干渉計２０のアラインメントについて、図８を参照しつつ説明すると、半導体レーザ２１からの基準光の出射（ステップＳ１００）によって、ＣＣＤ２８に入射した光による干渉縞画像（ステップＳ１０１）は、Ａ／Ｄ変換器５０でデジタルデータに変換され、フレームメモリ４１に記憶される。第１演算部４４においては、フレームメモリ４１に記憶された干渉縞画像データのうちのＢ成分が色分離され（ステップＳ１０２）、オーバーレイメモリ４３に記憶された基準縞画像データと重ね合わせられる（ステップＳ１０３）。重ね合わせられた画像のデータが入力された判断部４６においては、この画像が単色か否かかが判定され（ステップＳ１０４）、単色でない場合（ステップＳ１０４でＮＯ）は、判断部４６はコントローラ２６に対して参照面２５の傾きを変更するための制御信号を出力する（ステップＳ１０５）。この制御信号を受けたコントローラ２６は、参照面２５の傾きを予め定めた量だけ変更して調整する（ステップＳ１０６）。
【００３２】
この後、再び、半導体レーザ２１からレーザ光が出射され（ステップＳ１００）、ＣＣＤ２８に入射した光による干渉縞画像（ステップＳ１０１）は、Ｒ成分及びＧ成分とＢ成分とに色分離され（ステップＳ１０２）、Ｂ成分について、第１演算部４４において、オーバーレイメモリ４３に記憶された基準縞画像データと重ね合わせられ（ステップＳ１０３）、この重ね合わせられた画像が単色か否かかが判定される（ステップＳ１０４）。単色であると判定された場合（ステップＳ１０４でＹＥＳ）は干渉計２０のアラインメントを終了する。単色でないと判定された場合（ステップＳ１０４でＮＯ）は、単色であると判定されるまで参照面２５の傾きの調整、画像の重ね合わせ（ステップＳ１０５、１０６、１００、１０１、１０２、１０３、１０４のループ）を繰り返して干渉計２０のアラインメントを行う。
【００３３】
上述の実施形態においては、モノクロ画像を受像するＣＣＤ２８を用いたが、干渉縞画像をＲ、Ｇ、Ｂに色分解して受像可能な受像素子（例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳ）を用いてもよい。この場合、受像素子を構成する画素はそれぞれ光の３原色（Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青））のいずれかのフィルタを備えていると、これにより入射光をＲ、Ｇ、Ｂの成分に分離することができる。また、受像素子における入射光の色分離は、Ｒ、Ｇ、Ｂのフィルタに代えて、色の３原色（Ｃ（藍）、Ｍ（赤紫）、Ｙ（黄））のフィルタのいずれかを各画素に備えさせてもよい。また、Ｒ、Ｇ、Ｂのフィルタを備える受像素子に代えて、受像部をプリズムと３つのＣＣＤで構成し、集光レンズ２７からの出射光をプリズムを用いてＲ、Ｇ、Ｂの３つに色分解し、３つのＣＣＤでそれぞれの色を受光すると、フィルタを用いた場合よりも高い解像度の画像を得ることができるため好ましい。
【００３４】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係る干渉計アラインメントシステム及び干渉縞表示装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る干渉計アラインメントシステム及び干渉縞表示装置において得られる干渉縞画像の例を示す画像である。
【図３】本発明の実施形態に係る干渉計アラインメントシステム及び干渉縞表示装置において得られる干渉縞画像の例において、Ｂ成分のみを取り出した画像である。
【図４】本発明の実施形態に係る干渉計アラインメントシステム及び干渉縞表示装置において得られる干渉縞画像の例において、Ｒ成分及びＧ成分を取り出した画像である。
【図５】本発明の実施形態に係る干渉計アラインメントシステム及び干渉縞表示装置において用いる基準縞画像である。
【図６】本発明の実施形態に係る干渉計アラインメントシステム及び干渉縞表示装置において得られるモアレ画像と干渉縞画像を重ねて表示した画像である。
【図７】本発明の実施形態に係る画像データを２値化して表したものであって、（ａ）は基準縞画像データ、（ｂ）はＢ成分の干渉縞画像データ、（ｃ）はモアレ縞信号、（ｄ）はＲ成分及びＧ成分を含む干渉縞画像データを示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係るアラインメントの手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
２０    干渉計
２１    半導体レーザ（光源）
２５    参照面
２６    コントローラ（調整部）
２８    ＣＣＤ（受像部）
３０    被検レンズ
４０    アラインメント装置
４３    オーバーレイメモリ（基準縞画像保存部）
４４    第１演算部（演算部）
４６    判断部
６０    出力部
【図１】
2005061942.tif 000003
【図２】
2005061942.tif 000004
【図３】
2005061942.tif 000005
【図４】
2005061942.tif 000006
【図５】
2005061942.tif 000007
【図６】
2005061942.tif 000008
【図７】
2005061942.tif 000009
【図８】
2005061942.tif 000010